Mala i skromna galaksija Segue 1 obližnja je patuljasta galaksija s vrlo malim brojem zvijezda, premalo da bi osigurale gravitaciju potrebnu da se ne rasprši u svemir. Kao i za većinu patuljastih galaksija, dugo se vjerovalo da je gravitacija misteriozne tvari zvane tamna materija glavna sila koja je drži na okupu.
Međutim, novo istraživanje sa Univerziteta u Texasu u Austinu i Univerziteta u Texasu u San Antoniju ruši tu pretpostavku i dovodi u pitanje dosadašnje teorije o patuljastim galaksijama. Umjesto tamne materije, “ljepilo” koje drži Segue 1 na okupu jest divovska crna rupa u središtu galaksije.
„Naš bi rad mogao revolucionarizirati modeliranje patuljastih galaksija ili zvjezdanih jata tako da uključuje supermasivne crne rupe, a ne samo halo tamne materije“, rekao je Nathaniel Luhan, diplomant UTSA-a koji je vodio istraživanje.
Otkriće objavljeno u The Astrophysical Journal Letters rezultat je zajedničkog kolegija astronomije koji su održali UTA i UTSA. Predavači, astrofizičari Karl Gebhart (UTA) i Richard Anantua (UTSA), studentima su pružili priliku da koriste napredne tehnologije i tehnike modeliranja kako bi proučavali učinke gravitacije u galaksijama.
„Osmislili smo ovaj kolegij kako bismo potaknuli saradnju između naših univerziteta . U početku je projekt bio fokusiran na modeliranje gravitacijske dinamike unutar galaksije Segue 1. To što je doveo do značajnog otkrića pravi je dokaz talenta i predanog rada naših studenata“, rekao je Gebhart.
Studenti su koristili superračunare kako bi stvorili stotine hiljada složenih modela. Svaki model prikazivao je očekivane putanje zvijezda galaksije Segue 1 na temelju prisutnosti crne rupe, njene veličine, količine tamne materije i drugih hipotetskih faktora, sve u potrazi za modelom koji se najviše poklapa s opaženim kretanjima zvijezda u Opservatoriju W. M. Keck.
Najprije su identificirali zvijezde pod gravitacijskim utjecajem galaksije Segue 1. Na udaljenosti od samo 75.000 svjetlosnih godina, Segue 1 je vrlo bliska susjeda Mliječnog puta. Budući da je Mliječni put gravitacijski mnogo snažniji, aktivno privlači zvijezde prema sebi, proces poznat kao “plimno odvajanje”.
Zvijezde koje se odvajaju raspršene su po galaksiji Segue 1, pri čemu rubni dijelovi galaksije dominiraju onima koje migriraju prema vani. Mjerenjem populacije zvijezda na periferiji i oduzimanjem od središnjeg područja, studenti su filtrirali zvijezde koje su pod utjecajem Mliječnog puta. Zatim su mapirali brzinu i smjer preostalih zvijezda, i ubrzo postalo je jasno da se zvijezde prema središtu kreću u brzim, uskim orbitama, što je jasan znak prisutnosti crne rupe. Modeli koji su uključivali veći udio tamne materije ili kombinaciju tamne materije i crne rupe pokazali su slabije podudaranje.
Oduševljenje otkrićem dodatno je pojačala veličina crne rupe. Procjenjuje se da ima masu 450.000 puta veću od mase našeg Sunca, oko deset puta veću od ukupne mase svih zvijezda u galaksiji Segue 1 zajedno. U većini galaksija masa središnje crne rupe ne prelazi masu zvijezda.
„Postoji snažna povezanost između mase crne rupe i mase galaksije domaćina. Crna rupa u galaksiji Segue 1 znatno je veća od očekivane. Ako je ovakav omjer mase uobičajen među patuljastim galaksijama, morat ćemo preispisati način na koji se ti sustavi razvijaju,“ objasnio je Gebhart.
Jedno moguće objašnjenje jest da je Segue 1 nekada bila veća galaksija s mnogo više zvijezda, ali je s vremenom Mliječni put “ukrao” većinu njih, ostavljajući tek nekoliko.
Druga mogućnost jest da je Segue 1 slična novootkrivenoj klasi galaksija zvanih Male crvene tačke, koje su se, čini se, razvile s ogromnim crnim rupama i vrlo malo zvijezda. Smještene u najudaljenijim dijelovima svemira, te je rane galaksije izuzetno teško proučavati.
Kako god da se ova mala galaksija razvijala, Segue 1 pokazala se kao intrigantan izazov za dosadašnje pretpostavke o patuljastim galaksijama. Samo potvrđuje da velika iznenađenja ponekad dolaze u najmanjim pakiranjima.